碳纳米管复合材料的制备pdf

1、武汉理工大学碳纳米管-聚合物复合材料的研究The Study of Carbon Nanotube-Polymer Composites摘 要：碳纳米管优异的力学性能使其成为优选的复合材料增强体。本文综述了碳纳米管-聚合物复合材料的研究进展，简要介绍了碳纳米管-聚合物复合材料的制备方法以及碳纳米管-聚合物复合材料在力学、电学、热学等方面取得的进展。并详细讨论了碳纳米管与聚合物的相互作用机理。最后展望了碳纳米管-聚合物复合材料的应用前景。关键词：碳纳米管；复合材料；制备Abstract: The excellent mechanical properties of carbon nanotube

2、s make it to be the preferred reinforcement of composite materials. The advances in research on carbon nanotube-polymer composites are reviewed. The preparation methods of carbon nanotube-polymer composites and the advances of studies on the mechanical, electrical, thermal properties are introduced.

3、 The interaction mechanism of carbon nanotubes and polymers is discussed in detail. Finally, the application prospect of carbon nanotube-polymer composites is envisaged.Key words: carbon nanotubes; composites; preparation1991年,日本NEC公司的Iijima1用高分辨透射电镜分析电弧放电产生的阴极沉积物时，发现了具有纳米尺寸的多层管状物,被称为碳纳米管(CNTs)。CNTs

4、是一种新型的碳结构，可以形象地认为由碳六边形的石墨片按一定的螺旋度卷曲成的无缝纳米级管状结构，它的长度为几微米，而它的直径从2nm到25nm不等。根据组成的石墨片层数的不同，碳纳米管可分为单壁碳纳米管(SWNT)和多壁碳纳米管(MWNT)。两种形态的碳纳米管都显示出卓越的机械性能和力学性质，碳纳米管的弹性模量超过110TPA，与金刚石的弹性模量相等，约为钢的5倍，它的理论拉伸强度为钢的100倍，而它的密度只有钢的1/6，其弹性应变约为5%，最高可达12%，约为钢的60倍，同时它的理论拉伸强度为钢的100倍。根据碳纳米管螺旋性及直径的不同，碳纳米管可以表现出金属性和半导体性。另外，碳纳米管具有很

5、高的热导率( >60000W kn· k)2。文献报道的碳纳米管-聚合物复合材料，依据主客体的不同可分为两类：第一类是以聚合物为主体，碳纳米管作为填充材料，主要是针对导电聚合材料，目的是为了改善导电聚合物的力学和导电等性质。导电聚合材料具有质轻、导电性能好、耐腐蚀等优点，是一类有很大发展前途的导电材料。到目前为止，虽对导电聚合材料研究已逾二十载，但其离大规模的应用还存在很大的差距主要存在机械性能差、耐热性和导电性不理想等，不能满足现实的需求。通常采用改善其性能的方法是填充炭黑、碳纤维、玻璃纤维和金属纤维等，其中以填充炭黑的导电聚合物材料最为普遍，但其缺点是前后处理比较繁杂、易团

6、聚和机械性能差等，这就为新型导电炭黑的研制开发提出了新的要求3。碳纳米管独特的力学和电学性质可以弥补炭黑的不足,尤其是碳纳米管大规模生产的实现使其成为聚合物填充材料的首选,为未来复合材料的发展和广泛应用开辟了更为广阔的空间。一系列碳纳米管-聚合物的复合材料随之应运而生，与之相关的报道很多。另一类是以碳纳米管为主体，把聚合物修饰在碳纳米管壁上4,以增加碳纳米管的溶解度，使碳纳米管的光电性质的应用和作为化学试剂在溶液中进行化学操纵得以实现。虽然碳纳米管在可见到红外光范围内具有非线性光学性质，但是它在很多溶液中的溶解度很低，且不能稳定存在，从而使其应用受到限制。众所周知，许多化学反应是在液相中进行的

7、，如果能够改善碳纳米管的溶解度，使碳纳米管可以参与液相化学反应，那么碳纳米管就能在色谱、电泳和生物化学等方面得到广泛的应用。聚合物具有易合成，易溶于大多数溶剂等特点，因此，在碳纳米管表面修饰一层聚合物不仅简单可行，而且可以增加碳纳米管的溶解度，进一步扩大了碳纳米管的用途5。本文对两类碳纳米管-聚合物复合材料的制备、性质进行综述，侧重讨论碳纳米管与聚合物相互作用机理，并展望两类复合材料的应用前景。一碳纳米管-聚合物复合材料的制备方法目前，碳纳米管-聚合物复合材料的制备方法主要有3种：液相共混、固相共融和原位复合方法，其中以共混法使用的较为普遍。随着研究工作的进一步开展，碳纳米管-聚合物复合材料的

8、制备方法也将有新的进展。下面就这几种方法进行简单的介绍。1. 液相共混复合法（solution mixing）将超纯碳纳米管和聚合物放入甲苯(环己烷、乙醇、氯仿等)溶剂中超声振荡，分散均匀后静置一段时间，采用喷涂、提拉等方法在不同的基体(如Au、Ag、Cu或KBr、石英玻璃)上成膜，然后立即放在真空(10-7torr)干燥箱内干燥24h。这种方法的优点是操作简单、方便快捷。当碳纳米管含量低(<5%)时，碳纳米管镶嵌在聚合物的矩阵中，分散基本均匀，形成碳纳米管-聚合物复合膜，具有较高的硬度和热、电稳定性。其缺点是碳纳米管在复合材料中很难均匀分散，其取向性无法控制。为了解决这个问题，往往要对

9、碳纳米管进行前处理，如加入表面活性剂,使碳纳米管表面带静电或表面形成一层亲水基团(如OH)。Shaffer6曾报道采用化学的方法对碳纳米管进行前处理,使碳纳米管表面带静电在溶液中均匀分散后,再与聚乙烯醇混合,制备碳纳米管P聚乙烯醇复合膜，碳纳米管均匀分散在聚乙烯醇的矩阵中，形成稳定的复合膜。最近新研制出了以离子液体为溶剂7进行共混。离子液体（ionic liquids，ILs）是由有机阳离子和无机或有机阴离子构成的，在室温附近温度下呈液态的盐类。离子液体作为“绿色”溶剂，与传统溶剂相比具有许多独特的性质：具有较高的热稳定性和化学稳定性；具有较宽的液态范围，从 96到高达300400；离子电导率

10、高，电化学窗口宽；对许多无机和有机物质表现出良好的溶解能力等。离子液体在碳纳米管复合材料制备中，不仅作为溶剂和表面修饰剂克服了碳纳米管易成束、难分散的缺点，其较高的稳定性!优异导电性!电化学稳定性以及良好的生物相容性也赋予了复合材料新的电学及生物学等特性，大大扩展了碳纳米管复合材料在生物化学、电化学方面的应用范围。Bellayer 等以1，2二甲基3十六烷基咪唑四氟磷酸盐为表面活性剂和增溶剂，通过熔融挤出法制备出了分散均匀的碳纳米管-聚苯烯纳米复合材料。研究结果表明，通过离子液体的阳离子与碳纳米管表面的非共价键结合，在很大程度上阻止了碳纳米管的团聚，并提高了碳纳米管与聚苯烯的亲和性。Das 等

11、在一系列的咪唑类及季磷盐类离子液体中制备出了高弹性、高模量的橡胶/碳纳米管复合材料。在反应中，离子液体不仅作为表面活性剂克服了非离子表面活性剂对复合材料性能改变的缺点，而且充当偶联剂在橡胶与碳纳米管之间参与反应。2. 固相共融复合法（melt blending）熔融共混复合法是用机械搅拌的方法将碳纳米管均匀分散在聚合物熔体中制备碳纳米管/聚合物复合材料，这主要是利用熔体的剪切力避免碳纳米管的聚集从而不能再团聚，最终使碳纳米管能均匀分散在聚合物基体中。使用的共混设备包括平板研磨机、转矩混合仪、螺杆挤出机等设备，这类设备的共同点是可以提供高温剪切加工。熔融共混复合法可以避免表面活性剂或溶剂污染复合

12、材料，复合膜一般没有破损，但适用范围有限，仅适用于聚合物不易分解且耐高温的条件。与液相共混复合法相似，也存在着碳纳米管取向不确定和分散不均匀的缺点。但总体说来，熔融共混复合方法相对操作简单，成本较低，非常适合于工业化流水线生产，遗憾的是碳纳米管在聚合物中的分散往往并不能达到非常理想的水平。3. 原位聚合法（in situ polymerization）原位聚合法是一种令人振奋的制备碳纳米管-聚合物复合材料的方法,在原位聚合法中，碳纳米管首先被加入到低分子量及低黏度的溶液中，然后通过机械混合，使碳纳米管均匀分散在溶液中，最后利用引发剂打开碳纳米管的键或其表面的官能团使其参与聚合得到碳纳米管-聚合

13、物复合材料。与溶液共混相似，采用原位法制备碳纳米管-聚合物复合材料时，碳纳米管的表面修饰能改善碳纳米管在液体(如单体、溶剂)的分散，进而改善碳纳米管在聚合物基体中的分散；而且原位聚合法可以通过缩聚反应使碳纳米管与聚合物之间形成共价键，加强了碳纳米管与聚合物间的界面作用。利用原位聚合反应，Xu等8首先将MWNT与纯苯乙烯单体在超声波下分散均匀，然后在60Co射线引发下合成了聚苯乙烯接枝的MWNT复合材料，得到的MWNT/PS能够溶于四氢呋喃、甲苯、氯仿等常规溶剂，拉曼光谱观察到聚苯乙烯与MWNT之间形成了共价键，而碳纳米管的结构完整性并没有遭到破坏。Ma等9用原位电化学聚合的方法制备了自掺杂的聚

14、苯胺(PANI) /ss-DNA /SWNT复合材料，发现ss-DNA /SWNT在自掺杂的PANI的聚合过程中扮演着分子模板以及传导的聚阴离子掺杂剂的角色，从而加快PANI的聚合速度，增强了复合材料的导电性及氧化还原活性。PANI /ss-DNA /SWNT复合材料可用于生物传感器，ss-DNA包覆的SWNT可以增强自掺杂PANI的生物分子探测灵敏度，金电极表面经一层PANI /ss-DNA /SWNT膜改性后，复合材料中的ss-DNA /SWNT可以增加电极表面的有效面积，增加了可用于探测多巴胺的多硼酸官能团的密度，因此极大增强了探测的灵敏性，浓度低至为1nmol/L的多巴胺都可以被探测到

15、。Kong等10用原位ATRP方法，在MWNT表面接枝PMMA，MWNT表面上接枝的PMMA层的厚度可以通过单体MMA与MWNT的比值来控制，并且这种方法可用于制备以碳纳米管为核、以两亲性的共聚物PMMA-b-聚羟基乙烷丙烯酸甲酯(PHEMA)为壳的核壳结构的纳米复合材料，为开发与制备碳纳米管-聚合物复合材料提供了一条崭新的途径。4. 其他的方法（other methods）Haggenmueller等采用热聚沉的方法制备了SWNT/PE复合材料，首先将SWNT悬浮在1, 2二氯代苯中，超声波处理48h后，将温度升高到97，随后将溶解在1, 2二氯代苯中的热PE溶液加入到碳纳米管悬浮液中，继续

16、用超声波处理5min后将SWNTPE悬浮液冷却到70e左右使PE结晶，过滤干燥就可以得到SWNTPE复合材料。Vigolo等采用一种聚沉纺丝的方法制备了高碳纳米管含量的碳纳米管-聚合物薄膜，他们首先将SWNT分散在表面活性剂十二烷基磺酸钠(SDS)的水溶液里，再缓慢注入聚乙烯醇(PVA)溶液中。由于PVA溶液比SWNT的SDS分散液黏度大，流动过程中会在注射头的尖端产生剪切，受层流场作用的影响，当SWNT分散液被注出注射头时相互粘在一起，形成具有良好定向排列的CNTsPVA复合纤维。静电纺丝是一种利用聚合物溶液或熔体在强电场作用下形成喷射流进行纺丝加工的工艺。它是制备超精细纤维的一种新型加工方

17、法，制得的纤维比传统纺丝方法细得多，直径一般在数十到上千纳米。2003年Ko课题组将该技术用于制备碳纳米管/聚合物复合物纤维和纱线。Sen等也用了类似的方法制备了碳纳米管/聚氨酯(SWNTs /PU)复合物膜。二碳纳米管与聚合物的相互作用机理在复合材料中，碳纳米管和聚合物之间的相互作用机理至今还不十分清楚，更没有一套成熟的理论来解释，目前主要采用拉曼光谱技术研究碳纳米管和聚合物之间的相互作用。法国学者Stephan研究小组对此问题作了较为系统的报道，他们研究了一系列的碳纳米管和聚合物形成的复合物材料。用1064nm波长的光激发，无论是碳纳米管还是复合材料均可以看到碳纳米管不对称的驼峰，看不到聚

18、合物的特征峰，可能是由于它们强度太低，驼峰的强度随碳纳米管的浓度增加而增加，且随着激光的强度增大而增大，但是总是小于碳纳米管峰的强度。表明这个驼峰是由于热辐射引起的，在激光辐射下，碳纳米管内积聚了大量的热能，在复合材料中，聚合物吸收部分热能，峰的强度减小。由于在合成碳纳米管过程中，无序的石墨结构和多孔碳同时产生，在1275cm-1出现碳纳米管特征峰，可能是由于无序石墨结构特征峰，也可能由于碳纳米管的缺陷或弯曲引起的。以碳纳米管-PMMA为例，比较碳纳米管与复合材料的拉曼光谱变化，推测复合材料中碳纳米管与聚合物之间的相互作用机理，见下表。表1 碳纳米管与碳纳米管PMMA复合材料的拉曼特征峰Wav

19、elength(cm-1)SWNTS(cm-1)MWNTS-PMMA(cm-1)Change(cm-1)100200159，463，168，178，183164，167，172，179，183blue shift：about512701275blue shift：about5150016501553，1568，15731553，1568，1573Reduction of W1/2：4，3，1200040002250375022503750Intensity reduced从表1可知，在碳纳米管光谱中，碳管团聚成束，特征峰红移至1270 cm-1；在碳纳米碳管浓度较低的复合材料拉曼谱中，又蓝移到

20、1275 cm-1。他们认为在低碳纳米管浓度时，聚合物可以直接插入到碳纳米管束中，施加于碳纳米管的压力使振动频率增大，管束之间的距离增大，管束破坏，碳纳米管之间的作用力减小，与聚合物相互作用增强，称为碳纳米管浓度稀释现象。用此理论也可以解释低浓度的碳纳米管与聚合物复合时不会出现团聚现象，可以制备均一的复合材料的原因；在15001650 cm-1中，相对于碳纳米管的拉曼光谱，出现了较大的变化，石墨型碳的E2g2振动峰大的驼峰，从2D转变为3D对称峰，1553、1568、1573 cm-1随着碳纳米管的浓度增加，峰的位置没有明显的改变，但峰强度增强，峰面积增大，仍低于碳纳米管相应峰的强度和峰面积，

21、同样说明了碳纳米管和聚合物之间存在相互作用。在低频(100200cm-1)范围内，CNTsPMMA复合材料的拉曼谱中，对低频峰分解可以观察到在164、167、172、179、183cm-1碳纳米管呼吸模式A1g形式峰，而碳纳米管相应的峰出现在159、163、168、178、183 cm-1，向蓝移近5 cm-1，强度也相应减小，碳纳米管直径大的出现在低波数区，向蓝移的也越多。可以推断在碳纳米管和聚合物复合时，对碳纳米管的直径具有一定的选择性。以色列的Dalton等也报道了类似的现象，即聚合物能优先和直径在某一特定范围内的碳纳米管相互作用。采用共混和共融方法制备的碳纳米管-聚合物复合材料中，多壁

22、碳纳米管与聚合物相互作用的机理与上述类似。对于化学原位聚合方法制备的复合材料，一般认为，碳纳米管的大键参与并干扰聚合反应，碳纳米管具有封端作用，阻止聚合物碳链的增长。因此，在化学原位聚合时，碳纳米管加入时间不可太早，否则会影响聚合物的性质。但是在电化学原位复合时，没有发现类似的现象，碳纳米管在复合材料中含量可以高于7%以上。SEM测试表明，碳纳米管包裹在聚苯胺内，分散均匀，且无团聚现象。其原因可能是因为苯胺电聚合的速度较快，扩散到电极表面的速度较慢，吸附在电极表面上的碳纳米管来不及参与聚合反应就被包裹在聚苯胺内，减少了对聚合物碳链增长的影响。由此可得到稳定的碳纳米管-聚合物复合材料。三碳纳米管

23、-聚合物复合材料的性质及应用碳纳米管在传导增强材料，能源储存，传感器，场发射显示器和场发射源，储氢，纳米级半导体器件，探针等方面具有很大的应用潜力，而碳纳米管-聚合物复合材料有望具备聚合物的加工性能与碳纳米管的力学及其它的功能特性。均匀分散和有序排列的碳纳米管将会进一步扩展碳纳米管聚合物复合材料的应用范围。1. 碳纳米管-聚合物复合材料的力学性质碳纳米管的长径比大、密度低以及力学性能优异使它在增强材料方面具有很大的吸引力，碳纳米管增强聚合物基体的潜力是巨大的。Dalton等制得SWNT/PVA复合材料纤维的拉伸强度是蜘蛛丝的2倍，所需的断裂能达到蜘蛛丝的5倍以上11。一般地，碳纳米管-聚合物复

24、合材料的弹性模量和强度随碳纳米管含量的增加而增加，但是，在当碳纳米管的含量较低时，碳纳米管-聚合物复合材料的力学性能实验值要低于理论预测值。Haggenmueller等发现填充5%的SWNT后，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维的弹性模量从0.65GPa增加到1.25GPa，而理论预测碳纳米管为5%含量下，复合材料的弹性模量大概为16GPa。理论预测与实验结果产生误差的原因在于碳纳米管在聚合物中的分散状况以及碳纳米管与聚合物之间的应力传递跟理想情况存在一定的差距。MWNT各层之间的滑移以及SWNT相互之间的滑移会限制碳纳米管与聚合物基体之间的应力传递，所以碳纳米管-聚合物复合材料界面之间的负荷

25、转移低于理想情况。Barber等12发现从聚乙烯丁烯基体中抽出一根MWNT所需要克服的平均界面应力是47MPa，是从基体中抽出一根碳纤维所需要克服的平均界面应力的10倍。这说明了填料的粒径对界面的强度十分重要。在分子水平上了解两相界面的附着力对优化碳纳米管-聚合物的界面情况具有十分重要的作用。Liao等利用分子力学模拟和弹性计算的方法发现碳纳米管与聚合物之间的附着力来源于：1. 相互之间的静电作用和范德华力；2. 碳纳米管和聚合物由于热膨胀系数不同所引起的应力、应变。碳纳米管的化学修饰能够提高聚合物和碳纳米管界面之间的应力传递13，Geng等将含量1%氟化的SWNT添加到聚氧乙烯基体中发现复合

26、材料的弹性模量增加了145%左右，屈服强度增加了300%。Blake等将丁基锂修饰的MWNT与氯化聚丙烯复合制备了CPP MWNT复合材料，使MWNT与CPP之间形成共价键。他们报道称当MWNT的含量增加到0.6% (体积分数)时，相比较氯化聚丙烯而言，复合材料的弹性模量从0.22GPa增加到0。68GPa。拉伸强度从13MPa增到49MPa，并且它的韧性增加了4倍(从27J /g增到108J /g)。这个结果说明了官能团化的碳纳米管不仅可以改善碳纳米管的分散而且可以改善复合材料之间的应力传递。Gao等将含量1%羧酸化的SWNT和己内酰胺进行原位开环聚合后制得了SWNT-尼龙6复合材料发现复合

27、纤维的弹性模量增加了153%，而拉伸强度增加了103%，这说明了碳纳米管-聚合物界面之间形成的共价键能有效地增强材料的强度。而SWNT改用酰胺酸改性后，SWNT与尼龙6之间形成共价键可以改善复合材料的延展性和韧性。2. 碳纳米管-聚合物复合材料的电学性质碳纳米管作为一种新型的唯一的一维纳米碳系物质，在尺寸、比表面积等方面的独特结构赋予它远远优于碳黑、碳纤维的电学性质。将碳纳米管添加到聚合物基体中可以使复合材料的导电率增加几个数量级，降低电阻，同时可以保持复合材料的力学性能和透明性能。碳纳米管-聚合物复合材料作为到电导材料可以用在很多领域14，比如静电消除、静电涂覆、电磁干涉(EMI)屏蔽、循环

28、印刷线路等。Yang等观察了碳纳米管-聚苯乙烯泡沫复合材料的EMI屏蔽性能，发现随着碳纳米管含量的增加，复合材料的EMI屏蔽效率越高，当碳纳米管的含量为7%时，在8.212.4GHz的频率范围内，复合材料的EMI屏蔽效率可达到18。219.3dB。复合材料的EMI屏蔽效率的提高主要是由于碳纳米管在绝缘的聚合物基体中形成了连通的碳纳米管传导网络，随着碳纳米管含量的增加，泡沫复合材料中连通的碳纳米管数量增加，从而使复合材料的EMI屏蔽效果增加。为了提高碳纳米管的比容，Zhou等将均匀分散质量分数为8%的单壁碳纳米管的单体苯胺进行化学聚合制备SWNT/PANI复合物，将复合物、乙炔黑和聚四氟乙烯(P

29、TFE)按质量比80：15：5配料压制成片状电极,在1mol/LNaNO3电解液中，用循环伏安、恒流充放电和交流阻抗测试研究其电容性能，结果表明复合物有着比PANI更高的比电容和功率特性，比电容可达190.6F/g。他们认为单壁碳纳米管是好的电子接受体，而苯胺是好的电子给予体，复合物中的SWNT与PANI形成电荷转移结合体而紧紧作用在一起，提高了PANI的电导率。碳纳米管-聚合物的电导率渗透阀值在0.005%到百分之几这一浓度范围内，有序排列的MWNT-聚合物的渗透阀值甚至低至0.002%。碳纳米管-聚合物的渗透阀值受以下几个因素的影响：碳纳米管的长径比、碳纳米管的分散、碳纳米管的排列。Bry

30、ning等用高压CO裂解法(HiPco)和激光蒸发法制备了长径比分别为150和380的碳纳米管，发现长径比为380的碳纳米管制备的碳纳米管-聚合物的渗透阀值要比长径比为150的碳纳米管制备的复合材料的渗透阀值要低。分散良好的碳纳米管比团聚的碳纳米管的长径比要高，所以前者就比后者的渗透阀值要低。但也有报道指出，轻微团聚的碳纳米管由于碳纳米管之间局部之间的相互作用增加，它的渗透阀值有所降低。碳纳米管在聚合物中的排列对复合材料的渗透阀值具有很大的影响15，当碳纳米管在复合材料中排列有序时，碳纳米管之间的相互作用不大，使得复合材料的渗透阀值升高，导电率降低。须注意的是，碳纳米管经化学修饰化后，破坏了碳

31、纳米管的共价键，因此，它会降低碳纳米管的电导率。3. 碳纳米管-聚合物复合材料的热学性质和阻燃性质具有良好热导率的纳米级复合材料在印刷电路板，热界面材料以及其它高性能热管理系统中具有很大的应用潜力。与碳纳米管-聚合物复合材料的电导率增加几个数量级不同，碳纳米管-聚合物的热导率仅仅只有中等程度的增加。碳纳米管-聚合物的热导率与电导率一样受碳纳米管长径比、分散状况以及碳纳米管排列的影响，而且它对碳纳米管的纯度非常敏感16。Biercuk等发现在环氧树脂中增加1%的未经纯化的SWNT后，在室温下复合材料的热导率增加了125%。 Choi等44观察到当SWNT的质量含量增至3%时，复合材料的热导率增加

32、了300%。Huang等将排列规整的MWNT植入到硅橡胶基体中，使MWNT贯穿整个复合薄膜，这样，MWNT的末端裸露在复合膜的两端。而MWNT裸露的两端使得MWNT与外界热源接触良好，有利于热量的传递，结果表明，复合材料的热导率有了很大程度的提高。同样值得注意的是，碳纳米管-聚合物复合材料的热导率的改善仍旧低于理论预测值。Huxtable认为这是由于碳纳米管和聚合物界面之间的热传导系数非常低(G12mW/m2·K)，即高界面热阻是实验值与理论预测出现偏差的主要原因。若碳纳米管和聚合物之间形成共价键则可以降低材料的界面热阻。热失重分析表明：碳纳米管-聚合物复合材料的起始分解温度以及它的

33、最大失重速率温度要高于纯聚合物17。Ge等发现含5% MWNT的MWNT-聚丙烯腈(PAN)复合纤维的起始分解温度要比纯PAN的起始分解温度高24。碳纳米管-聚合物复合材料热稳定性的提高与碳纳米管在聚合物基体中的分散有关。Lai等研究了聚(b-羟基丁酸酯、b-羟基戊酸酯) (PHBV)-MWNT纳米复合材料的热稳定性得出这种纳米复合材料的DTG曲线的峰值温度比纯PHBV高16，在PHBV分解过程中，基体中分散较好的MWNT对燃气的渗透和传导起到阻碍作用，从而提高了热稳定性。这种阻碍分解产物的传输,使其向气相转化的过程大大减缓的作用18。Shaffe在研究碳纳米管-聚氨酯复合材料的热稳定性时指出

34、，碳纳米管-聚氨酯复合材料的热分解温度的提高很可能是在PVOH分解过程中，自由基在活性炭表面上引发的吸附作用造成的。王彪等在研究聚丙烯MWNT复合材料的热稳定性能时认为由于碳纳米管比表面积大，聚丙烯分子与碳纳米管均为非极性物质，它们表面之间存在较强的物理吸附作用是碳纳米管-聚丙烯复合材料热稳定性提高的主要原因。MWNT对于热分解自由基的吸附作用及对分解产物传输的阻滞作用非常显著。碳纳米管-聚合物复合材料热稳定的改善表明碳纳米管可以作为聚合物的阻燃剂19。Kashihaji等比较了SWNT、MWNT、碳纳米纤维、炭黑对PMMA的阻燃效果，认为SWNT的阻燃效率能最高，其次是MWNT，这是由于材料

35、燃烧时，碳纳米管可以在材料表面形成一层保护性的free-standing CNTs结构，它可以起到热屏蔽作用，从而阻止材料的分解燃烧。碳纳米管分散得越均匀，碳纳米管含量越高、长径比越大，复合材料的阻燃效果越好。四结论与展望碳纳米管因其优异的物化性能和独特的光电性能成为纳米复合材料的理想填料。由碳纳米管和聚合物组成的两元纳米复合材料，可以将碳纳米管优良的力学和光电性能和聚合物的可加工等性能结合起来，是近几年发展起来的碳纳米管的一个重要应用研究方向，具有广泛的应用前景。但要真正实现碳纳米管-复合材料的工业化生产，还需在以下几方面进行突破：碳纳米管和聚合物两相之间相容性的研究；两相之间界面作用的表征

36、和研究；提高碳纳米管的分散和在聚合物中的取向的方法研究；碳纳米管的加入对聚合物结构性能的影响。相信通过碳纳米管聚合物纳米复合材料的基础和应用研究，可以获得各种性能优异的纳米复合材料，从而可以推动纳米电子学、功能材料、生物医药、航空航天等学科的发展。参考文献1. Iijima S.Helicalmicrotubules of graphitic carbon J. Nature,1991, 354: 56 -58.2. 肖军华，曹有名等。碳纳米管-聚合物复合材料研究进展。塑料：2007，363. 杜仕国，李良春。玻璃钢复合材料。2008, 4: 39-434. 韩刘春，赵永克。碳纳米管/环氧树脂复合材料性能的研究进展。中国粉体工业：2014.NO.1。5. 沈广霞，庄燕燕等。碳纳米管-复合材料的研究进展。化学进展：2007，16：21-25。6. ShafferMS P.Win